Как варить без шлака: Сварка инвертором для начинающих: как варить без шлаковых включений?

Y ₃ = 183,47 – 0,28 A – 2,08 B – 5,44 C + 3,33 × 10 ⁻³ AB + 4,50 × 10 ⁻³ AC – 0,02 BC
+ 0.03 A ² + 2,13 B ² + 0,04 C ² ( R ² = 0,9994)

(9)

Результаты дисперсионного анализа (ANOVA) полученные путем проведения тестов значимости, показаны в.

Таблица 6

ANOVA с регрессионной моделью различных поверхностей отклика.

3.3.4. Анализ поверхности отклика Взаимодействие Воздействие

Трехмерная поверхность отклика обеспечивает более интуитивное описание взаимосвязи между взаимодействием двух факторов и значением отклика, так что влияние изменений уровней факторов на значение отклика может быть обобщенным. Чем больше кривизна поверхности отклика, тем значительнее влияние факторных взаимодействий.Напротив, влияние фактора незначительно [34].

Основываясь на результатах экспериментов и дисперсионного анализа 28-дневного UCS, значение P для AC составляет 0,0464 (<0,05), что указывает на то, что взаимодействие между AC более очевидно, чем другие взаимодействия. Трехмерная поверхность отклика для взаимодействия AC показана на a. По мере уменьшения A и C кривизна поверхности отклика UCS за 28 дней (скорость роста UCS за 28 дней) увеличивается.Это говорит о том, что уменьшение общего содержания твердых веществ сопровождается ослаблением 28-дневного UCS. Увеличение общего содержания твердых частиц означает уменьшение общего содержания воды в COSGB. С одной стороны, уменьшение количества воды приводит к меньшей начальной пористости COSGB и более плотному связыванию матрицы COSGB. С другой стороны, более низкое содержание воды в COSGB косвенно увеличивает концентрацию щелочи в контактной среде и способствует процессу гидратации смеси.

Графики поверхности реакции на взаимодействие факторов: ( a ) влияние фактора A C на 28-дневный UCS; ( b ) влияние фактора BC на спад; и ( c ) влияние фактора A C на стоимость.

Для ответа 2 (спад), как видно из результатов ANOVA (), p <0,01 для BC указывает на очень значимое взаимодействие BC . Поверхность трехмерного отклика взаимодействия BC показана на b. Как видно из b, поверхность трехмерного отклика четко изогнута, что указывает на значительное взаимодействие между факторами B и C . По мере уменьшения B и увеличения C кривизна поверхности отклика на оседание (скорость роста оседания) увеличивается.Увеличение отношения SS к OSR значительно увеличивает величину осадки, потому что OSR состоит из рыхлых мелких частиц неправильной формы и угловатой формы с очень шероховатой и водопоглощающей поверхностью. Высокое трение между смесью и частицами SS снижает текучесть смеси COSGB, что приводит к более низкому значению осадки смеси COSGB. Кроме того, низкая плотность OSR приводит к большому количеству OSR при той же массе, что также является важным фактором, влияющим на массовую концентрацию твердого вещества.Увеличение OSR косвенно влияет на спад смеси COSGB.

Что касается значений отклика стоимости, значения p , полученные для условий взаимодействия BC и AC , меньше 0,05, показывая, что все они оказывают значительное влияние на стоимость. Взаимодействие AC с относительно меньшим значением p приведено в качестве примера в c. Известно, что GGBS является основным источником затрат в COSGB без каких-либо химических добавок. Таким образом, основным источником эффектов взаимодействия является стоимость самого материала COSGB.При тех же условиях массовая концентрация твердого вещества увеличивается с 64% до 68%, а стоимость увеличивается с 4,62 доллара США до 4,80 доллара США, что на 3,90% больше. Это указывает на то, что увеличение концентрации твердой массы сопровождается увеличением стоимости, но степень увеличения невелика. Этот вывод согласуется с влиянием однофакторного фактора на стоимость.

3.3.5. Оптимизация поверхности отклика для нескольких целей

COSGB разработан для максимального увеличения прочности засыпки и минимизации стоимости кубического метра материала COSGB при соблюдении требований к потоку, необходимых для засыпки.Следовательно, индивидуальные функции желательности, используемые для оптимизации COSGB, устанавливаются следующим образом: максимальное значение выбирается для 28-дневного UCS (уравнение (2)), целевое значение спада составляет 200 мм [12] (уравнение (3)), и минимальное значение выбирается для стоимости (уравнение (4)). В данном исследовании выбран весовой коэффициент w _ti = 1. В этом исследовании выбран 28-дневный UCS, который имеет такое же значение, как спад и стоимость [35] ( с ₁ = с ₂ = с ₃ = 1/3).

На основе использования функции единственного ответа в качестве ограничения была выполнена нелинейная регрессия для общей функции желательности D (уравнение (5)). Оптимальное соотношение смеси было выбрано для максимального значения D . Окончательные результаты следующие: количество смешиваемого GGBS составляет 4,72%, соотношение SS к OSR составляет 0,82, а массовая концентрация твердого вещества составляет 67,69%. И прогнозируемые ( до ) значения отклика следующие: 28 дней UCS 2,10 МПа; просадка 200 мм; Стоимость 5.21 долл. Экспериментальные ( Exp ) значения COSGB, полученные при испытании оптимального соотношения компонентов смеси, следующие: 28 дней UCS 2,12 МПа; просадка 205 мм; Стоимость 5,17 грн.

Согласно уравнению (6), ARD с для 28-дневной UCS, спада и стоимости составляют 0,94%, 2,44% и -0,77% соответственно. Все ошибки составляют менее 5%, что указывает на то, что точность прогнозирования высока и прогноз имеет сильное опорное значение для результатов оптимизации COSGB.

Между тем, изменение прочности COSGB в зависимости от возраста отверждения для оптимального соотношения смешивания показано на.

Изменение прочности в зависимости от возраста отверждения для оптимального соотношения компонентов смеси COSGB.

Изменение UCS COSGB с возрастом отверждения показано на. Согласно данным, UCS COSGB увеличивается с увеличением возраста лечения. 7-дневный и 28-дневный UCS составляют 1,74 МПа и 2,12 МПа, соответственно, а 7-дневный UCS составляет 82% от 28-дневного UCS. Однако из ссылок [8,12] можно сделать вывод, что 7-дневная UCS для традиционного материала на основе цемента составляла только 60–70% от 28-дневной UCS.Это показывает, что разработанная COSGB представляет собой обратную засыпку ранней прочности, а заполнение пустоши COSGB может быстро укрепить и поддержать крыши, обеспечивая плавный ход горной засыпки. Кроме того, традиционный CPB использует OPC в качестве связующего, и производство OPC будет сопровождаться выбросами большого количества CO ₂ . В то время как OSR, SS и GGBS, используемые в COSGB, являются твердыми отходами. Поэтому COSGB более экологичен, чем традиционный CPB.

3.4. Микроструктурный анализ COSGB

Использовалось оптимальное соотношение смеси COSGB.При разном возрасте отверждения механизм гидратации трех сырьевых материалов был проанализирован с помощью комбинации XRD, FTIR, SEM-EDS и MIP.

3.4.1. XRD-анализ

Диаграммы XRD OSR, SS, GGBS и COSGB при разных сроках отверждения показаны на рис.

Рентгенограммы COSGB до и после реакции: ( a ) COSGB при разном возрасте отверждения и ( b ) OSR, SS и GGBS при возрасте отверждения 28 дней.

Как показано на диаграмме а, рентгенограммы образца в каждом возрасте отверждения демонстрируют более отчетливые флуктуирующие пики в диапазоне 2 θ от 20 до 45 °, что указывает на сосуществование аморфных силикатных гелей [36].Кристаллические фазы кальцита (CaCO ₃ ) и кварца (SiO ₂ ) присутствуют в COSGB после смешивания и отверждения. Эти фазы происходят из непрореагировавших частиц SS и OSR. При более длительном выдерживании внутренний кианит (Al ₂ SiO ₅ ), тип муллита, обнажается при растворении поверхностной корки частиц OSR [37]. На рентгенограммах в отвержденной матрице обнаруживаются характерные пики эттрингита (AFt), твердого гипса (Ca (SO ₄ ) (H ₂ O) ₂ ) и гидрата силиката кальция (C-S-H).

Как показано на b, рентгенограммы COSGB с возрастом отверждения 28 дней сравниваются с образцами OSR, SS и GGBS перед смешанным отверждением. Из b показаны кристаллические пики, включая сульфат кальция (CaSO ₄ ) и оксид железа (Fe ₃ O ₄ ), которые изначально присутствуют в OSR, и гидроксид магния (Mg (OH) ₂ ) и кальций. гидроксид (Ca (OH) ₂ ), изначально присутствовавший в SS, исчез [38]. Это показывает, что эти компоненты растворяются из-за реакции активации щелочью после смешивания.Поскольку используемый OSR является сильно щелочным, Ca (OH) ₂ , полученный путем гидролиза, и Ca (OH) ₂ в SS постепенно делают среду гидратации щелочной. Это создает условия для диспергирования и растворения стекловидного тела GGBS и способствует непрерывной реакции гидратации SiO ₂ и A1 ₂ O ₃ в смеси. Кроме того, Al ₂ O ₃ и SiO ₂ , присутствующие в OSR и GGBS, и Ca (OH) ₂ SS, могут образовывать AFt с CaSO ₄ в результате реакции гидратации.AFt является одним из источников улучшения UCS COSGB [39]. Смешивание минералов расходует Ca (OH) ₂ с образованием гелей C-S-H [40]. Таким образом, предполагается, что гели C-S-H и глинозем кальция, полученные возбуждением сланцевого шлака на стальном шлаке и шахтном шлаке, могут быть основным источником прочности материалов COSGB. Этот вывод был подтвержден анализом продуктов гидратации с помощью SEM-EDS.

Следует отметить, что есть еще два особых изменения в файле. Одно изменение заключалось в том, что трублит (Ca ₂ Si ₄ O ₉ (OH) ₂ ) появлялся только в 1d периоде отверждения и не обнаруживался в течение остальных периодов отверждения.Потому что химический состав и кратковременная структура гелей C-S-H аналогичны природным цеолитам. Гели C-S-H с цеолитоподобной структурой могут появиться при коротком возрасте отверждения. Это согласуется с выводом Hanjitsuwan et al. [41]. Другое изменение заключалось в том, что особый дифракционный пик постепенно исчезал за 1–7 дней. Пик такой же, как пик PDF-карты гидрата алюмосиликата кальция (C-A-S-H). Из-за относительно низкого содержания Al в сырье можно судить, что гели C-A-S-H существуют в небольших количествах на ранней стадии.Гель C-A-S-H инкапсулируется гелем C-S-H с увеличением срока отверждения. Следовательно, кристалличность настолько низкая, что дифракционные пики постепенно уменьшаются и становятся стабильными. Ян и др. [42] также обнаружили подобное явление, анализируя продукты гидратации активированных щелочами материалов. В этом отношении к такому же выводу привел анализ FTIR для особых сдвигов формы сигнала.

3.4.2. FTIR-анализ

FTIR-спектры COSGB при разном возрасте отверждения приведены в таблице для идентификации гелевых продуктов гидратации материала.б, в – увеличенные изображения интервала.

FTIR-спектры COSGB при разном возрасте отверждения: ( a ) полные спектры; ( b ) увеличение 400–900 см ⁻¹ ; ( c ) увеличение 900–1200 см ⁻¹ .

Как показано на рисунке a, присутствие кварца в COSGB заставляет спектр FTIR подниматься до диапазона полос, расположенных на 1035, 1098, 780–798 (двойные полосы), 697 и 556 см ^–1 [43]. Серия полос 1030–1130 см ^{– 1} и 550–560 см ^{– 1} связана с присутствием муллита (полосы, связанные с присутствием октаэдрического алюминия в муллите).Это согласуется с результатами рентгеноструктурного анализа [44]. Пик при 1651 см ⁻¹ представляет собой колебательную полосу –OH и H ₂ O, а пик при 1464 см ⁻¹ является колебательной полосой –OCO–, представляющий образование карбонатов. В сочетании с рентгеноструктурным анализом можно сделать вывод, что продукт представляет собой CaCO ₃ .

Пики при 550 и 870 см ^{– 1} соответствуют колебательным полосам Al – O и Ca – O соответственно, а пик поглощения кристаллической воды появляется при 1651 см ^{– 1} , что указывает на образование AFt во время действия гидратации.Из кривых на a видно, что область между 900 и 1200 см ⁻¹ перекрывается из-за асимметричного валентного колебания Si – O – T (Si или Al) в гелях C (A) -S-H. Колебание приводит к образованию широкой и интенсивной полосы в указанном выше интервале [45]. Кроме того, деформационная вибрация возникает внутри связи Т – О на 462 см ^{– 1} в б. Это указывает на то, что COSGB после реакции имеет высокую степень структурной неоднородности и образует гели C-S-H.Этот вывод подтверждают результаты исследований многих ученых [46,47].

Из c следует отметить, что полоса асимметричных валентных колебаний Si – O – T (Si или Al) смещается в сторону более низких волновых чисел (от 1098 см ⁻¹ до 1032 см ^{– 1} ) с увеличением возраста отверждения. Criado et al. [48] ​​предполагают, что такая ситуация возникает из-за последовательного образования двух разных гелей. Один – это гели C-A-S-H, созданные на ранней стадии, другой – гели C-S-H, постепенно эволюционирующие из гелей C-A-S-H (в основном повышающие механическую прочность COSGB).Это соответствует аналитическим результатам исчезновения характеристических пиков гелей C-A-S-H при анализе XRD. Таким образом, UCS быстро увеличивается в течение периода лечения от 1 до 7 дней. После отверждения 7 дней UCS достигает 82% от 28 дней UCS. Вот почему материалы COSGB обладают ранними прочностными свойствами.

Таким образом, основные продукты гидратации COSGB представляют собой смесь AFt и геля C-S-H, что согласуется с анализом XRD.

3.4.3. Анализ SEM-EDS

Для исследования микроструктуры COSGB анализы SEM и EDS были выполнены на образцах с разным возрастом отверждения (и).

СЭМ-изображения COSGB в возрасте отверждения 1 день ( a ), 3 дня ( b ), 7 дней ( c ), 14 дней ( d ) и 28 дней €.

Энергетические спектры EDS: ( a ) гель C-S-H и ( b ) AFt.

Внутренняя структура и изменения продуктов реакции гидратации COSGB были охарактеризованы с помощью SEM-EDS. Как показано на рисунке, микроструктура образцов COSGB становится плотнее с увеличением срока выдержки. Микроструктуры образцов при выдержке в течение 1, 3 и 7 дней демонстрируют относительно редкую, пористую и неоднородную морфологию.Наблюдается много нерастворенных твердых частиц и пустот, что указывает на низкую степень реакции щелочного OSR для возбуждения GGBS и SS. Через 14 дней и 28 дней микроструктура становится более плотной и однородной, и в матрице можно наблюдать больше игольчатых образований. Спектр EDS в b показывает, что игольчатый продукт AFt. В спектре EDS флокулянта высокое содержание элементарного Ca и Si, и, таким образом, флокулянт определен как гель C-S-H [49]. Это согласуется с результатами анализов XRD и FTIR, описанными ранее.

В возрасте отверждения 1 день гель C- (A) -S-H образуется в начале реакции гидратации после смешивания. Затем образуется больше гелевых продуктов, которые не только заполняют существующие пустоты, но и связывают вместе оставшиеся твердые частицы. Как показано на рисунке a, сырье равномерно заполняет все пространство COSGB, а нерастворенные частицы SS и OSR случайным образом рассеиваются внутри COSGB. Кроме того, частицы SS более крупные, чем у остальных двух материалов, и участвуют в процессе цементации в виде мелких агрегатов [39].Таким образом, образуется непрерывная, плотная и полная матрица.

c, e показывает, что AFt в редко распределенной смеси растет равномерно, и, таким образом, эффективная градация частиц увеличивает площадь контакта между частицами и способствует протеканию реакций гидратации, что, в свою очередь, снижает пористость и увеличивает прочность на сжатие. в то же время. Увеличивая иглы a, e при том же увеличении (× 20 000), мы обнаруживаем, что количество и объем AFt увеличиваются с увеличением срока отверждения.И гель C-S-H, и AFt заполняют зазор исходного размера частиц, чтобы сформировать более плотную структуру, увеличивая UCS COSGB при более длительном отверждении. Многие ученые пришли к аналогичным выводам при изучении цемента и бетона [50,51].

3.4.4. Анализ MIP

Результаты испытаний пористой структуры образцов при разном возрасте отверждения анализируются с использованием метода испытаний MIP (как показано в). Результаты MIP общей пористости и эффективной пористости образцов COSGB, измеренные через 3 дня, 7 дней, 14 дней и 28 дней, показаны на a.b показывает распределение пор по размеру образцов COSGB, измеренное при разном возрасте отверждения.

Результаты MIP, полученные для образцов с разным возрастом отверждения: ( a ) общая пористость и эффективная пористость; ( b ) распределение пор по размерам.

Результаты испытаний MIP показывают, что совокупный объем пор (CPV) увеличивается с уменьшением диаметра пор. Во время испытания непрерывные поры в образце COSGB, в том числе поры «чернильницы», могут быть обнаружены по кривым проникновения [52].Общая пористость за вычетом пористости «чернильница» и есть «эффективная пористость». Можно сделать вывод, что общее изменение эффективной пористости незначительно [53]. В сочетании с b количество менее вредных пор (20–50 нм) и вредных пор (50–200 нм) незначительно увеличивается с возрастом, что сопровождается относительным уменьшением количества более вредных пор (> 200 нм). Это согласуется с уменьшением количества пор, наблюдаемым с помощью SEM. Кроме того, перечислены общие площади пор, средний диаметр пор и пористость образцов COSGB.

Таблица 7

Основные параметры пористой структуры испытанных образцов COSGB.

В сочетании с графиками общая площадь пор, средний диаметр пор и пористость образцов COSGB уменьшаются в разной степени с увеличением срока отверждения. Этот результат подтверждает, что реакция гидратации продолжается через 3 дня, и продукты реакции заполняют исходные поры, способствуя превращению больших пор в маленькие. Стоит отметить, что наблюдались те же результаты, что и для портландцементного теста, где размер пор и пористость обычно уменьшались с гидратацией [54,55].Отсюда следует, что гидратация способствует росту продуктов гидратации, заполняющих поры. Комбинация результатов XRD, IR и SEM-EDS показывает, что в этом материале образование гелей CSH и рост AFt приводят к значительному уменьшению доли редких и вредных пор и увеличению доли более плотных пор. и менее вредные поры, что помогает улучшить осевую нагрузочную способность COSGB. Макроскопически ПСК материала COSGB постепенно увеличивается с возрастом отверждения.Многие исследования также доказали тесную корреляцию между прочностью на сжатие и пористостью вяжущих материалов [15,56].

3.5. Анализ результатов экспериментов по выщелачиванию

Заполняющие материалы, такие как OSR, SS и GGBS, могут нести тяжелые металлы и другие загрязнители. Необходимо измерить и проанализировать, представляет ли образование заполненной пасты угрозу для окружающей среды грунтовых вод.

показывает результаты экспериментов по выщелачиванию, проведенных для необработанных материалов обратной засыпки, включая OSR, SS и GGBS.Мы учитываем влияние как нейтральных, так и кислых грунтовых вод на руднике на выщелачивание. Параметры выщелачивания водой и кислотного выщелачивания установлены на pH = 7,1 и pH = 3,2 соответственно. показывает, что концентрация кислотного выщелачивания больше, чем концентрация выщелачивания водой для выщелачивания загрязняющих веществ из того же материала обратной засыпки. Это одна из причин серьезного загрязнения подземных вод в районах кислых сточных вод шахт. Согласно китайскому стандарту качества подземных вод (GB / T 14848-2017) [57], содержание Fe ²⁺ , Mn ²⁺ (кислотное выщелачивание) и Cr ⁶⁺ в фильтрате выщелачивания OSR и SS превышает стандарт, а содержание Fe ²⁺ в фильтрате ГГБ превышает норму.Как показано на, значения pH всех продуктов выщелачивания из трех сырьевых материалов являются щелочными, поэтому они могут повысить прочность COSGB без щелочного возбуждения.

Таблица 8

Результаты выщелачивания, полученные для ЛАРН, СС и ГГГ.

показывает содержание выщелачиваемых загрязняющих веществ в течение 1 дня, что соответствует содержанию загрязняющих веществ в течение 1 дня. , 7 дней, 14 дней и 28 дней, а затем растолочь через сито 3 мм с оптимальным соотношением компонентов смеси.

Различия в концентрации выщелачиваемых загрязняющих веществ COSGB при разных сроках отверждения.

Красная линия обозначает стандартный предел концентрации каждого иона тяжелого металла в соответствии с китайским стандартом качества подземных вод. Как видно на рисунке, уровни выщелачивания COSGB ниже, чем уровни, определенные в китайском стандарте качества подземных вод в состояниях воды (-w in) и кислотного выщелачивания (-a in), за исключением Fe ²⁺ , который немного превышает стандарт. Содержание Fe ²⁺ в исходных материалах обратной засыпки, SS и OSR, является высоким, что приводит к небольшому выщелачиванию Fe ²⁺ после засыпки и перемешивания.Концентрации выщелачивания всех ионов, кроме Fe ²⁺ , ниже 0,1 мг / л. Сравнивая выщелачивание водой с условиями кислотного выщелачивания, концентрация тяжелых металлов при выщелачивании в условиях кислотного выщелачивания выше, чем в условиях выщелачивания водой, что соответствует выщелачиванию сырья. Начиная с возраста отверждения COSGB, концентрация Cr (VI) колеблется с увеличением возраста отверждения в порядке 1 день> 3 дня> 14 дней> 7 дней> 28 дней, а концентрация других ионов тяжелых металлов в выщелачивании продолжает снижаться.С увеличением срока отверждения размер пор гидратированного геля уменьшается, проницаемость уменьшается, загрязнения инкапсулируются, а характеристики миграции значительно снижаются. PH фильтрата щелочной и колеблется от 10,7 до 11,4 по мере увеличения срока выдержки. Щелочная химическая реакция также препятствует миграции многих тяжелых металлов. С другой стороны, кислую шахтную воду можно нейтрализовать, но это неблагоприятно для нейтральной или щелочной шахтной воды.В целом, концентрация загрязняющих веществ, вымываемых из разработанного COSGB, соответствует требованиям китайского стандарта качества подземных вод, и, таким образом, он безопасен для использования при засыпке.

Связывание и подвижность хлоридов в шлаковых пастах и ​​растворах, активированных карбонатом натрия

Mater Struct. 2017; 50 (6): 252.

Xinyuan Ke

Департамент материаловедения и инженерии, здание сэра Роберта Хэдфилда, Университет Шеффилда, Шеффилд, S1 3JD UK

Сьюзен А.Бернал

Департамент материаловедения и инженерии, Здание сэра Роберта Хэдфилда, Шеффилдский университет, Шеффилд, S1 3JD UK

Одей Хусейн

Департамент материаловедения и инженерии, Здание сэра Роберта Хэдфилда, Университет Шеффилда, Sheffield, S1 3JD UK

John L. Provis

Департамент материаловедения и инженерии, здание сэра Роберта Хэдфилда, Университет Шеффилда, Шеффилд, S1 3JD UK

Департамент материаловедения и инженерии, здание сэра Роберта Хэдфилда, The Университет Шеффилда, Шеффилд, S1 3JD UK

Поступило 31 июля 2017 г .; Принято 25 ноября 2017 г.

Abstract

Это исследование оценивает способность связывать хлориды и миграцию хлоридов в шлаковых цементах и ​​растворах, активированных карбонатом натрия. Также оценивали влияние на подвижность хлоридов и связывание добавления прокаленного слоистого двойного гидроксида (CLDH) к смеси связующего. Значительно улучшенные характеристики долговечности могут быть достигнуты для шлаковых растворов, активированных карбонатом натрия, путем добавления небольших фракций CLDH, как следствие более высокой степени реакции, более высокой способности связывать хлориды и улучшенной структуры пор, присутствующих в этих модифицированных материалах, в сравнение с активированным щелочами цементом, произведенным без CLDH.Добавление CLDH позволяет производить шлаковые цементы, активированные карбонатом натрия, со значительно меньшим проникновением хлоридов по сравнению с силикатно-активированными шлаковыми цементами.

Ключевые слова: Шлак, активированный карбонатом натрия, Слоистый двойной гидроксид, Хлорид, Прочность, Микроструктура

Введение

Щелочно-активированные материалы в последнее время вызывают значительный интерес в качестве альтернативы портландцементу во многих областях применения [1–3]. Хотя щелочно-активированный шлаковый цемент (AAS) может производиться с гораздо более низким потенциалом глобального потепления, чем портландцемент (PC) [4], использование гидроксида натрия и силиката натрия в качестве активаторов может оказать более сильное воздействие, чем PC, в других аспектах окружающей среды , включая токсичность для человека, экотоксичность для пресной воды и морской среды [4–6].В поисках более экономичных, малотоксичных и экологически чистых альтернатив использование почти нейтральных солей, таких как карбонат натрия, в качестве активаторов доменного шлака привлекло внимание академических кругов и промышленности [7–14]. Однако факторы, контролирующие долговечность и механические характеристики шлакового цемента, активированного карбонатом натрия, еще полностью не изучены. Фазовые комплексы цементов AAS в основном контролируются химией используемых шлаков и активаторов [7, 15–18], а микроструктура и механические свойства цементов AAS также сильно зависят от типа активатора [19–22].

Долговечность цементов AAS, как и материалов на основе портландцемента, тесно связана с микроструктурными особенностями связующего, а также с химическими реакциями, которые могут происходить между продуктами реакции связующего и химическими веществами. присутствует в сервисной среде. Свободный хлорид в растворе пор цемента увеличивает вероятность коррозии стальной арматуры и снижает долговечность бетонных конструкций [23–25]. Поэтому измерение ионного переноса свободного хлорида в бетонных конструкциях особенно важно для прогнозирования срока службы [26, 27].Коэффициент диффузии хлорида в вяжущем веществе часто оценивают путем измерения его коэффициентов диффузии и / или миграции.

Взаимодействие хлорида с насыщенными вяжущими материалами регулируется физико-химическими явлениями, связанными с его диффузией через сеть пор затвердевшего бетона и его тенденцией к химическому связыванию с присутствующими гидратированными фазами. Химический состав водной среды (например, pH, концентрация ионов) и фазовый состав вяжущей матрицы должны быть приняты во внимание при изучении способности связывать хлориды цементов AAS [25, 28, 29].Следовательно, водная среда, в которой определяется способность связывания хлоридов в лабораторных испытаниях, должна быть сопоставима с химическим составом порового раствора затвердевшего цемента, чтобы результаты были достаточно репрезентативными. Тем не менее, способность вяжущих материалов связывать хлориды обычно измеряется в растворах хлоридов при pH, близком к нейтральному [29, 30]. Это может привести к завышению способности связывать хлориды, так как очень высокое начальное соотношение [Cl ^– ] / [OH ^– ] будет способствовать связыванию хлоридов в твердых фазах посредством ионного обмена или поверхностной адсорбции [31 ].Использование сильно щелочного раствора для моделирования пор с высоким содержанием хлоридов смягчает этот эффект.

В нашей предыдущей работе кальцинированный слоистый двойной гидроксид (CLDH) был включен в шлаковую пасту, активированную карбонатом натрия, для улучшения контроля времени схватывания [14]. CLDH получают путем термической обработки слоистого двойного гидроксида, такого как гидроталькит, который содержит положительно заряженную слоистую структуру, позволяющую обмениваться межслоевыми анионами [32–34]. В последнее время CLDH начали использовать в качестве «умной» химической добавки для вяжущих материалов из-за его ионообменных свойств, повышения производительности и долговечности [14, 35–38].Недавнее исследование также продемонстрировало высокую способность связывать хлориды различных фаз типа слоистых двойных гидроксидов (LDH), которые обычно обнаруживаются в шлаковой пасте, активированной щелочью [39]. Хотя ЛДГ могут химически связывать хлориды, потенциальная роль такого поведения в определении долговечности цемента ААС еще полностью не выяснена.

В этом исследовании химическая связывающая способность цементов AAS была определена с использованием смоделированных растворов для пор, богатых хлоридом. Были исследованы шлаковые пасты, активированные карбонатом натрия, с добавлением 0 и 5 мас.% CLDH, а шлаковые пасты, активированные силикатом натрия, были испытаны в качестве эталонного образца.Рассчитаны изотермы связывания хлоридов всех образцов в смоделированных поровых растворах. Изменения в фазовой структуре после воздействия растворов, имитирующих поры с высоким содержанием хлоридов, были охарактеризованы с помощью рентгеновской дифракции (XRD) и сканирующей электронной микроскопии (SEM). Были приготовлены образцы строительных растворов, состав которых эквивалентен составу шлаковых паст, активированных карбонатом натрия и силикатом натрия, и испытаны в соответствии с Nordtest NT Build 492 на миграцию хлоридов в зависимости от времени отверждения и конструкции смеси.Были также определены прочность на сжатие строительных растворов при различной продолжительности отверждения и распределение пор по размерам отобранных образцов в соответствии с порозиметрией проникновения ртути (MIP). Изотермы связывания хлоридов, определенные для образцов паст, затем могут быть использованы для оценки факторов, влияющих на коэффициенты миграции, измеренные путем ускоренного испытания строительных смесей.

Экспериментальные методы

Материалы

В данном исследовании использовался коммерческий доменный шлак с химическим составом 41.3 мас.% CaO, 36,0 мас.% SiO ₂ , 11,3 мас.% Al ₂ O ₃ и 6,5 мас.% MgO; сумма других оксидов составляет 2,5 мас.%, а потери при прокаливании при 1000 ° C составляют 2,0 мас.%. Этот шлак имел крупность по Блейну 5056 ± 22 см, ² / г, а d ₅₀ 11,2 мкм определяли с помощью анализа размера частиц с помощью лазерной дифракции.

Порошок безводного силиката натрия аналитической степени чистоты (Sigma Aldrich, Na ₂ SiO ₃ ≥ 99,5%) с молярным соотношением SiO ₂ / Na _{2 2 O, равным 1, и порошок карбоната натрия (Sigma Aldrich, Na 2 CO 3 ≥ 99.5%) растворяли в воде для приготовления растворов активатора, используемых в этом исследовании. CLDH, использованный в этом исследовании, был приготовлен с использованием той же процедуры, что и в предыдущих исследованиях [14]. Стандартный песок CEN, сертифицированный в соответствии с EN 196-1: 2005, использовался во всех образцах строительных смесей.}

Подготовка образцов и методы испытаний

Шлаковые пасты и растворы, активированные щелочью

Шлаковые пасты и растворы, активированные щелочью, были приготовлены в соответствии со схемами смесей, приведенными в таблице. Были приготовлены три типа шлаковых паст: шлаковая паста, полученная с активатором карбоната натрия без CLDH (обозначается P-NC-0) и с добавкой CLDH (P-NC-1), или активатор силиката натрия без добавления CLDH (P-NS-0 ).Для целей разработки смеси CLDH, добавленный к этим цементам, рассматривался как добавка, и количество активатора и воды, добавленных к каждой единице массы шлака, оставалось постоянным. Предыдущее исследование авторов [14] демонстрирует, что регидратация CLDH потребляет часть воды, добавленной в эти цементы; однако изменения в общем соотношении вода / связующее незначительны при добавлении 5 мас.% CLDH. Пасты выдерживали в течение 28 дней перед измельчением для экспериментов по связыванию хлоридов. Соответственно, были приготовлены три типа строительных смесей: растворы, активированные карбонатом натрия без CLDH (M-NC-0) и с добавлением CLDH (M-NC-1), и растворы, активированные силикатом натрия без добавления CLDH (M-NS-0 ).Все образцы выдерживались в плотно закрытых пластиковых пакетах на срок до 180 дней.

Таблица 1

Состав смеси образцов пасты (P) и раствора (M), оцененных в данном исследовании (для каждого из использованных 100 г безводного шлака)

Хлоридсвязывающая способность паст AAS

С использованием смеси были приготовлены четыре обогащенных хлоридом раствора с моделированием пор (обозначенные от CH-1 до CH-4). гидроксида натрия (Sigma Aldrich, NaOH ≥ 98.0%) и NaCl (Sigma Aldrich, NaCl ≥ 99,5%), поддерживая постоянную общую концентрацию Na ⁺ на уровне 1,0 моль / л, но с соотношением [Cl ^– ] / [OH ^– ] 0,1, 0,3 , 1.0 и 3.0 соответственно.

После 28 дней отверждения каждый тип шлаковой пасты, приготовленный в этом исследовании, измельчали ​​молотком в запечатанных пластиковых пакетах и ​​просеивали для получения образцов с размером частиц от 0,25 до 0,6 мм. Сразу после измельчения просеянные порошки пасты добавляли к богатым хлоридом растворам с соотношением твердое вещество / жидкость 1: 7 (2 г твердого вещества на 14 г раствора) в центрифужных пробирках на 15 мл.Пробирки герметично закрывали Parafilm и хранили в горизонтальном положении при 23 ± 2 ° C в течение 2 месяцев, чтобы дать им возможность достичь реакционного равновесия, перемешивая в роликовом смесителе в течение 1 часа один раз в неделю.

Через 2 месяца образцы были разделены на центрифуге (Heraeus Biofuge Primo, 4000 об / мин в течение 6 минут). Супернатанты собирали для расчета способности связывать хлориды. Концентрацию хлоридов и pH в супернатантах измеряли с помощью хлорид-ионоселективного электрода (твердотельный хлоридный электрод Cole-Parmer Epoxy, точность ± 2%) и pH-метра (Oakton Acorn Series).Хлоридсвязывающая способность каждой шлаковой пасты в каждом водном растворе была рассчитана по формуле. (1).

квартал _e Хлоридсвязывающая способность твердого вещества, мг / г (по сухой массе исходного твердого вещества). С _e Концентрация хлоридов в надосадочном растворе, моль / л. С ₀ Начальная концентрация хлоридов, моль / л. В Объем раствора, мл. кв.м _ввод Начальная масса твердого тела, г.

Оставшиеся твердые частицы, отделенные от богатых хлоридом растворов с моделированными порами, были промыты водой Milli-Q в соответствии с рекомендациями RILEM для анализа содержания водорастворимых хлоридов в бетоне [40], а затем высушены в эксикаторе с контролируемой относительной влажностью 30 ± 3% (достигается при использовании насыщенной соли CaCl ₂ ) в течение 4 дней перед дальнейшим анализом. Образцы измельчали ​​и анализировали с помощью XRD. Кроме того, для паст, подвергнутых воздействию раствора CH-3, часть образца пасты была залита эпоксидной смолой и отполирована для анализа SEM-EDX, а часть была измельчена и проанализирована термогравиметрическим методом в сочетании с масс-спектрометрией (TG-MS).

Методы испытаний строительных смесей AAS

Пористость проникновения ртути (MIP) использовалась в соответствии с процедурой испытаний, рекомендованной Ма [41]. Образцы были вырезаны из кубических образцов с помощью медленной пилы с размерами не менее 5 мм с каждой стороны. Для получения репрезентативных результатов в каждом измерении использовалось около 3 г образцов строительного раствора. Срезы образцов строительного раствора погружали в изопропанол на 24 часа с последующей сушкой в ​​вакууме в течение 3 дней для полного удаления поровой воды. Затем были проведены испытания MIP с использованием порозиметра Micromeritics Autopore 9600 Mercury Mercury, предполагая, что угол контакта при проникновении составляет 130 °, а угол контакта при экструзии – 104 °.

Кубики строительного раствора размером 50 × 50 × 50 мм были использованы для испытания прочности на сжатие с использованием автоматического прибора для испытаний на сжатие (Controls Automax5) со скоростью нагружения 0,25 МПа / с. Образцы в трех экземплярах были измерены для каждого состава на период отверждения.

Коэффициенты миграции хлоридов в растворах в нестабильном состоянии были определены в соответствии с методом NordTest NT BUILD 492 [42]. Использовали диски для раствора (100 × 50 мм) и готовили дубликаты образцов для каждого состава на период отверждения.Перед испытанием на ускоренную миграцию хлоридов каждый из дисков погружали в 1,0 М раствор NaOH под вакуумом для получения образцов, насыщенных водой порах; Иммерсионная жидкость была выбрана так, чтобы она имела состав, сопоставимый (но упрощенный) с составом, предсказанным термодинамическим моделированием для оцениваемых цементов [43]. В конце испытания образец диска был разделен и сразу же опрыскан 0,1 М нитратом серебра (AgNO ₃ ) для получения профиля проникновения хлоридов [44]. Затем был рассчитан коэффициент нестационарной миграции на основе [42], но с измененным значением 0.16 N выбран в качестве концентрации хлорида, при которой изменяется цвет из-за высокой щелочности порового раствора [45].

Результаты и обсуждение

Хлоридсвязывающая способность шлаковых паст, активированных щелочами

Для оцениваемых образцов хлорсвязывающая способность ( Q _e ) каждой шлаковой пасты в различных водных средах рассчитывали по формуле. (1). На рисунке показаны рассчитанные емкости связывания хлоридов в зависимости от соотношения [Cl ^– / OH ^– ] в растворе для экспонирования.Такая же тенденция была выявлена ​​во всех трех образцах, где связывание увеличивается при более высоких соотношениях [Cl ^– / OH ^– ]. Сниженная связывающая способность при низком соотношении [Cl ^– / OH ^– ] (CH-1) может быть следствием низкой концентрации хлорида и конкуренции между гидроксильными ионами и хлоридом за потенциальные центры связывания анионов в гидротальците. образующиеся в этих цементах фазы типа [39]. Среди трех оцениваемых образцов способность к связыванию хлоридов шлаковой пасты, активированной карбонатом натрия, намного ниже, чем у шлаковой пасты, активированной силикатом натрия, в то время как способность к связыванию хлоридов пасты, содержащей CLDH (P-NC-1), выше, чем у пасты, содержащей CLDH (P-NC-1). то же самое для образцов без этой добавки, независимо от используемого активатора.

Хлоридсвязывающая способность 28-дневных отвержденных щелочно-активированных шлаковых паст, определенная в богатых хлоридом модельных поровых растворах

Как фазы гидротальцитовой группы, так и карбонатно-AFm фазы (монокарбонат или гемикарбонат) считаются эффективными фазами, связывающими хлорид [39 , 46]. Основной продукт реакции в цементах AAS, представляющий собой гель типа гидрата силиката кальция (C– (N) –A – S – H), замещенный натрий-алюминием (C– (N) –A – S – H), также может связывать хлориды, но с гораздо меньшей связывающей способностью, чем LDH [47 ].Между образцами P-NC-0 и P-NS-0 образец P-NC-0 может содержать меньше связующих материалов в результате более медленного развития реакции по сравнению с образцами, активированными силикатом натрия [9, 10]. Кроме того, гидроталькитоподобная фаза в образцах, активированных карбонатом натрия, может содержать некоторое количество карбонатных анионов [14], оставляя меньше сайтов, доступных для связывания Cl ^– [39]. Что касается образцов, модифицированных CLDH, введение CLDH в шлаковые цементы, активированные карбонатом натрия, увеличивает содержание гидротальцитоподобных фаз в связующем.Хотя содержание AFm-фаз будет уменьшаться [14], общее содержание LDH (гидроталькитоподобная фаза + AFm-фазы) все равно будет выше, чем в пасте AAS без модификации CLDH. Таким образом, конкуренция между CO ₃ ^2- и Cl ^– за сайты связывания в гидротальцитоподобной фазе будет менее значительной, поскольку содержание гидротальцитоподобной фазы велико. Кроме того, более высокая степень реакции наблюдалась в шлаковой пасте, активированной карбонатом натрия, модифицированной CLDH, что указывает на то, что существует больше продуктов реакции, которые потенциально могут связывать хлорид [14].Таким образом, повышенная способность связывать хлориды в пастах ААС, модифицированных CLDH, является следствием более высокого общего содержания LDH по сравнению с немодифицированными цементами. Однако, чтобы лучше понять изменения в минералогии связующих ААС после воздействия внешних хлоридов, важно изучить твердые образцы после погружения в богатые хлоридом моделирующие поровые растворы.

Минералогия шлаковых паст, активированных щелочами, после воздействия растворов с высоким содержанием хлоридов

Дифракция рентгеновских лучей (XRD)

На рисунке показаны рентгенограммы в выбранных диапазонах углов, чтобы выделить изменения в отражениях фаз LDH при поглощении хлорида.В обоих образцах, активированных карбонатом натрия, с добавлением CLDH или без него, интенсивность основного пика отражения, приписываемого фазе монокарбоната со структурой AFm, уменьшается по мере увеличения связывания хлорида. В этих образцах наблюдаются два полиморфа соли Фриделя: ^R AFm- (CO ₃ ^2-, Cl ^–), которая близка по структуре к ромбоэдрическому гидрокалумиту (Ca ₂ Al (OH) ₆ Cl · 2H ₂ O, файл порошковой дифракции (PDF) № 00-035-0105), и ^M AFm- (CO ₃ ^2-, Cl ^–), который близок к моноклинному гидрокалумит (Ca ₂ Al (OH) ₆ Cl · 2H ₂ O, PDF № 00-019-0202), но имеет более низкое базальное положение пика [48].Фазы типа гидрокалумита, образованные в образцах, активированных карбонатом натрия, были преобразованы из монокарбоната в фазы типа соли Фриделя, скорее всего, путем замены некоторых межслоевых ионов CO ₃ ^2- ионами Cl ^–, как это было ранее. предложенный Mesbah et al. [46, 48] Превращение между этими двумя полиморфными модификациями соли Фриделя описано в литературе в основном как контролируемое по температуре, причем ромбоэдрическая структура предпочтительна при более высокой температуре (выше 35 ° C) [46, 49, 50].Различия в межслоевых видах могут повлиять на температуру перехода, однако не было никаких доказательств прямой корреляции перехода между двумя полиморфными модификациями с изменениями в содержании межслоевых хлоридов.

Рентгенограммы шлаковых паст, активированных карбонатом натрия, отвержденных в течение 28 дней a без CLDH (P-NC-0) и b с добавкой CLDH (P-NC-1); и c шлаковая паста, активированная силикатом натрия (P-NS-0), при равновесном связывании хлоридов в различных смоделированных поровых растворах.C указывает на отражение, вызванное кальцитом (PDF № 00-005-0586)

Основной пик отражения содержащей CO ₂ гидротальцитоподобной фазы с базальным расстоянием 7,67 Å показан на рис. гидротальцитоподобные фазы. В шлаковых пастах, активированных карбонатом натрия (P-NC-0), промежуточным слоем в гидротальцитоподобной фазе может быть смесь Cl ^–, OH ^– и CO ₃ ^2-, учитывая химический состав. водной фазы в равновесии перед разделением.Интенсивности отражений, отнесенных к AFm- (CO ₃ , Cl), намного выше в образцах без ХЛДГ (рис. Б), чем в образцах, содержащих ХЛДГ (рис. А). Как наблюдалось в [14], в шлаковых пастах, активированных карбонатом натрия, с добавлением CLDH (P-NC-1) образовывалось меньше фазы AFm, что снижает количество монокарбоната, доступного для химического связывания хлоридов. Это подчеркивает роль CLDH в увеличении способности цементов AAS связывать хлориды, поскольку его включение изменяет фазовый состав этих цементов, влияя на то, как происходит связывание хлоридов.

В образцах, активированных силикатом натрия (P-NS-0), слабокристаллическая фаза AFm (подобная стратлингиту) трансформировалась в фазу типа соли Фриделя после воздействия раствора, богатого хлоридом. После связывания хлорида в этом образце снова были идентифицированы два полиморфа хлоркарбоалюминатных фаз. Интенсивности базальных пиков, отнесенных к обеим фазам, увеличиваются по мере увеличения внешнего отношения [Cl ^– ] / [OH ^– ]. Это связано с повышенным образованием хлоридсодержащих фаз AFm.Однако в образцах, подвергнутых воздействию растворов с самым высоким соотношением [Cl ^– ] / [OH ^– ] (CH-4), пики, соответствующие хлоридсодержащим фазам AFm, не были четко идентифицированы. Как обсуждалось в предыдущем исследовании [39], любые солеподобные фазы Фриделя, образованные в результате поглощения хлоридов стрэтлингитом, будут разлагаться даже в щелочном растворе (pH около 13,6) в присутствии карбонат-ионов. Возможно, что согласно такому механизму в этой пасте изначально образовалась солеподобная фаза Фриделя, но она разложилась во время обработки или анализа образца.

Сканирующая электронная микроскопия (SEM – EDX)

На рисунке показаны атомные отношения, рассчитанные на основе данных EDX для паст AAS, залитых в эпоксидную смолу, после воздействия богатого хлоридом раствора CH-3. Пунктирные линии на рис. A, b, показывающие отношения Ca / Al = 2 и Mg / Al = 2 соответственно, включены для облегчения идентификации областей состава, в которых обнаружены AFm и / или гидроталькитоподобные фазы [51] . Пунктирные линии различных соотношений Cl / Al на рис. C приведены в качестве руководства при оценке содержания Cl в продуктах реакции.Максимальное отношение Cl / Al, возможное в AFm-фазе, составляет около 1,0, как видно из соли Фриделя [52], в то время как максимальное отношение Cl / Al в гидроталькитоподобной фазе, измеренное в смоделированных поровых растворах, составляло около 0,1, как рассчитано в [ 39].

Атомные отношения, рассчитанные на основе данных EDX для 28-дневных отвержденных щелочно-активированных шлаковых паст после выдержки в растворе CH-3: a и (a-1), построенные как Ca / Si в зависимости от Al / Si, b и ( b-1) в виде Mg / Si по сравнению с Al / Si, c и (c-1) в виде графика Cl / Si по сравнению с Al / Si

Графики EDX для хлоридсодержащих образцов, активированных карбонатом натрия, показанных на рис. .a, b, в целом аналогичны образцам, активированным карбонатом натрия, без воздействия хлоридов [14]. Точки данных на рис. A с отношениями Al / Si выше 0,8 и отношениями Ca / Si около Ca / Al = 2 предполагают образование кристаллизованных фаз AFm в обеих шлаковых пастах, активированных карбонатом натрия, с включением CLDH и без него. (P-NC-0 и P-NC-1). Между этими двумя образцами атомное отношение Mg / Si в образце P-NC-1 выше, чем в P-NC-0 (рис. B), что соответствует добавлению CLDH.Эти результаты также указывают на существование гидроталькитоподобной фазы, смешанной с закристаллизованными фазами AFm в образце P-NC-1 [14]. Однако отношения Cl / Al в точках данных, собранных в областях, в основном состоящих из гидроталькитоподобных и AFm (Al / Si> 0,8) фаз, похоже, одинаковы между образцами P-NC-0-28d и P-NC-1 (рис. .C). Похоже, что объемные отношения Cl / Al в солевой фазе Фриделя AFm- (CO ₃ ^2-, Cl ^–) и хлоридсодержащей гидротальцитоподобной фазе аналогичны, примерно при Cl / Al. = 0.3.

Композиции, соответствующие дискретной фазе AFm, не наблюдались при EDX-анализе образца P-NS-0 после воздействия раствора CH-3, даже несмотря на то, что солеподобная фаза Фриделя была идентифицирована с помощью XRD (рис.). Возможно, это можно объяснить тем фактом, что фаза AFm в шлаковой пасте, активированной силикатом натрия, тесно перемешана с гелем C– (N) –A – S – H [53, 54], и поэтому ее нельзя различить с помощью SEM– EDX-анализ.

На графиках-вставках на рис. Показано увеличенное изображение точек данных с отношениями Al / Si между 0.1 и 0,8, представляющие данные, собранные в местах, где гель типа C– (N) –A – S – H является доминирующей фазой, скорее всего, из внешнего продукта со смешанными фазами гидроталькита и AFm [55–57]. Из вставки на рис. А видно, что отношения Ca / Si в образцах, активированных карбонатом натрия с добавлением CLDH и без него, аналогичны друг другу и немного выше, чем в шлаковой пасте, активированной силикатом натрия, в соответствии с наблюдениями в предыдущем исследовании без воздействия хлоридов [14]. Незначительные различия между этими тремя образцами наблюдались на врезке на рис.б. По сравнению с образцом P-NC-0 общее соотношение Al / Si ниже в P-NS-0 и выше в P-NC-1 из-за дополнительной подачи Si из активатора (силиката натрия) и Al из добавил CLDH соответственно. На врезке на рис. C образец P-NS-0 показал больше точек EDX, распределенных в областях с более высокими отношениями Cl / Al, по сравнению с обоими образцами, активированными карбонатом натрия. Более высокое отношение Cl / Al в образце P-NS-0 в основном объясняется смешанной солеподобной фазой Фриделя, как видно из рентгенограмм (рис.в). Часть Al в основном химическом составе присутствует в геле типа C– (A) –S – H, а максимально возможное соотношение Al / Si – в геле типа C– (N) –A – S – H (одиночный фаза) ограничивается от 0,1 до 0,167 из-за его сшитой структуры [58, 59], поэтому фактические отношения Cl / Al в солеподобной фазе Фриделя могут быть близки к 1,0 (или в основном в пределах области Cl / Al между От 1,0 до 0,5). Что касается двух образцов, активированных с использованием карбоната натрия, может показаться, что образец P-NC-0 имеет более высокое соотношение Cl / Al, чем P-NC-1; однако это можно отнести к более высокому содержанию Al в P-NC-1 (из-за добавления CLDH), а не к более высокому содержанию Cl в P-NC-0.Можно ожидать, что различия в соотношениях Ca / Si и Al / Si в гелях типа C– (N) –A – S – H приведут к разной способности связывания хлоридов [47]. Однако, как показано на рис. A, b, объемные отношения Ca / Si и Al / Si в гелях C– (N) –A – S – H, образованных во всех трех образцах, оказались весьма схожими, хотя высокая степень перемешивания с фазами СДГ означает, что трудно четко различить хлориды, специфически взаимодействующие с фазами типа C– (N) –A – S – H с помощью EDX.

Другие факторы, связанные с подвижностью хлоридов в шлаковых растворах, активированных щелочами

Структура пор (MIP)

Для цементных материалов ртутная порометрия может эффективно измерять объем пор, которые непосредственно связаны с поверхностью образца или связаны через большие поры. поры [60].И в образцах пасты, и в образцах строительного раствора распределение общей проникающей пористости, измеренной с помощью MIP, может отражать диапазон имеющихся размеров пор на входе, который напрямую связан с проницаемостью и, следовательно, с ионными транспортными свойствами в цементных материалах.

На рисунке показано распределение пор по размерам образцов строительного раствора после 180 дней отверждения, измеренное с помощью MIP. Образец M-NC-0-180d имеет самую высокую общую проникающую пористость, а образец M-NS-0-180d – самую низкую. Образец, модифицированный CLDH, M-NC-1-180d, показал гораздо меньшую проникающую пористость, чем немодифицированный образец M-NC-0-180d, и лишь немного выше, чем у M-NS-0-180d.В таблице показана доля пор геля (<10 нм) [61] в общей проникающей пористости. На основании результатов, представленных на рис. И в таблице, наблюдается, что более низкая общая проникающая пористость модифицированного CLDH образца (M-NC-1-180d), чем немодифицированного образца (M-NC-0-180d), в основном обусловлена наличию меньшего количества пор геля. Абсолютное значение проницаемой пористости (> 10 нм) этих двух образцов практически одинаково. По сравнению с растворами, активированными силикатом натрия, растворы, активированные карбонатом натрия, демонстрируют более высокую общую проницаемую пористость, а также более высокий процент гелевых пор, в то время как раствор, активированный карбонатом натрия, модифицированный CLDH, имеет более низкий процент гелевых пор, несмотря на его немного более высокий общий показатель. непреодолимая пористость.

Дифференциальное распределение объема пор образцов строительных растворов NC-0, NC-1 и NS-0 через 180 дней отверждения

Таблица 2

Сводка проникающих пористостей, критических диаметров пор и кажущейся объемной плотности образцов строительных растворов

Предыдущая работа показала, что CLDH, содержащийся в шлаковой пасте, активированной карбонатом натрия, потребляет свободную воду и увеличивает степень реакции шлака, поскольку частицы CLDH действуют как точки зародышеобразования [14].Между образцами M-NC-0-180d и M-NC-1-180d добавление CLDH несколько снизило общее соотношение вода / твердые вещества, увеличило степень реакции в шлаковом цементе, активированном карбонатом натрия, при данном времени отверждения и в то же время частично выполняет роль наполнителя [14], все эти факторы способствуют более низкому критическому диаметру пор, наблюдаемому в образце M-NC-180d [62]. Более однородная микроструктура в секции пасты (между непрореагировавшими зернами шлака) в шлаковой пасте, активированной карбонатом натрия, модифицированной CLDH, также способствует более низкой общей пористости строительных растворов, полученных с этими добавками.

Прочность на сжатие

Рисунок показывает, что при каждом из испытанных здесь периодов отверждения для трех изученных активированных щелочью материалов прочность на сжатие была постоянно выше у M-NS-0, чем у M-NC-1, который, в свою очередь сильнее, чем M-NC-0. Добавление 5 мас.% CLDH к шлаковому раствору, активированному карбонатом натрия, способствовало значительному увеличению прочности на сжатие по сравнению с прочностью, полученной для шлаковых растворов, активированных карбонатом натрия без CLDH, по меньшей мере на 12%.

Прочность на сжатие кубиков раствора M-NC-0, M-NC-1 и M-NS-0 при 7, 28, 90 и 180 днях отверждения. Отображаемые результаты представляют собой среднее значение и стандартное отклонение для трех повторов

В литературе сообщалось о более низком развитии прочности шлакосодержащего цемента, активированного карбонатом натрия, по сравнению с шлаковым цементом, активированным силикатом натрия (при других аналогичных условиях состава) [17, 19 , 20, 63], и связано с различиями в фазовом составе и проницаемости, возникающими в активированных шлаковых системах при использовании различных активаторов.Ожидается, что больший общий объем соединенных (проникаемых) пор приведет к более низкой прочности на сжатие [19], и корреляция между этими параметрами, наблюдаемая здесь через 180 дней (рис. И), согласуется с такой зависимостью.

Также стоит отметить из литературы, что, когда CLDH смешивали с цементом на основе сульфоалюмината кальция, изменения прочности образцов были незначительными [35]; когда он был добавлен в портландцемент, наблюдалось снижение прочности образца [36, 37].В этих цементирующих системах гидроталькитоподобная фаза не является внутренним продуктом реакции; поэтому перекристаллизованный CLDH в этих системах, скорее всего, действует как наполнитель, хотя он также может потреблять воду при регидратации и снижать общее соотношение вода / связующее в этих системах. В шлаковых системах, активированных щелочью, более высокая прочность на сжатие, выявленная в образцах, модифицированных CLDH, является прямым следствием более низкой пористости и более высокой степени реакции этих вяжущих, что демонстрирует уникальное преимущество CLDH при изготовлении шлакового цемента, активированного карбонатом натрия.

Коэффициент миграции хлоридов в нестабильном состоянии (NT BUILD 492)

Результаты испытаний на ускоренную миграцию NordTest для трех оцененных смесей строительных растворов представлены на рис. Наименьшие и максимальные возможные коэффициенты миграции хлоридов для этих образцов были рассчитаны на основе максимальной и минимальной точек попадания хлоридов в тестируемые образцы, чтобы проиллюстрировать вариабельность внутри образца, присущую этому тесту. Это важно, потому что при воздействии хлоридов на железобетон это первая точка разрушения (т.е. максимальная глубина проникновения), которая будет определять срок службы элемента, вызывая коррозию, и поэтому это более важно, чем просто определение средней глубины проникновения по всей пробе.

Коэффициент миграции хлоридов (согласно применению NT BUILD 492 с измененным методом расчета, как описано в разделе 2) a M-NC-0, b M-NC-1 и c M-NS -0, через 28, 90 и 180 дней отверждения. Отображаемые результаты представляют собой среднее значение и стандартное отклонение, рассчитанные по максимальной (верхний предел) и наименьшей (нижний предел) глубине проникновения хлоридов среди 7 показаний на каждом из повторяющихся образцов

Для образцов, активированных карбонатом натрия, показанных на рис.а, б, от 28 до 90 дней отверждения, значительно уменьшаются как максимально возможные коэффициенты миграции хлоридов, так и различия между средними максимальными и минимально возможными коэффициентами миграции. От 90 до 180 дней отверждения изменения среднего максимального и минимального возможных коэффициентов миграции в этих двух образцах (M-NC-0 и M-NC-1) практически незначительны. Сравнивая M-NC-0 и M-NC-1, образцы, модифицированные CLDH, охватывают более низкий диапазон возможных значений коэффициента миграции хлоридов для всех возрастов.Для образцов, активированных силикатом натрия, разница между средним максимальным и минимально возможным коэффициентами миграции оставалась относительно неизменной, в то время как максимально возможные коэффициенты миграции хлоридов незначительно уменьшались до 180 дней отверждения.

Различия между средним максимальным и минимально возможным коэффициентами миграции представляют собой диапазон значений, в который может попасть коэффициент миграции хлоридов, а меньшая разница указывает на более узкий диапазон изменчивости внутри выборки.Результаты на рис. 2 показывают, что растворы, активированные карбонатом натрия, без CLDH (M-NC-0) имеют значительно более высокие коэффициенты миграции хлоридов, чем шлак, активированный силикатом натрия, даже при увеличенном времени отверждения. В то время как модифицированный CLDH шлаковый раствор, активированный карбонатом натрия (M-NC-1), имеет более высокое значение D _nssm значений, чем M-NS-0 до 90 дней отверждения, возможное D _nssm диапазоны более похожи на 180 дней отверждения.

Коэффициенты миграции нестационарного состояния D _nssm частично определяются микроструктурой материала, где уменьшение критического размера пор, а также общая проникающая пористость (определяемая методом MIP) может привести к снижению подвижности хлоридов через образцы [36, 64].Подвижность ионных частиц в порах геля (<10 нм) намного ниже, чем в мезопорах / макропорах, и часто считается несущественной для влияния на проницаемость молекул газа и ионных частиц через образцы [61, 65]. Более высокий процент проницаемых пор может привести к более высоким параметрам переноса хлоридов [66]. Однако, учитывая короткую продолжительность этого ускоренного хлоридного теста, химические взаимодействия между хлоридами и гелевыми связующими будут в основном происходить локально в проницаемых порах, так как ионным частицам требуется гораздо больше времени, чтобы перейти в поры геля [67, 68].

Принимая во внимание как емкость связывания хлоридов (рис.), Так и результаты MIP (таблица), показанные в предыдущих разделах этой статьи, кажется, что более высокий коэффициент миграции хлоридов у образца M-NC-0 по сравнению с M-NS-0, даже через 180 дней отверждения, скорее всего, вызвано комбинированным эффектом более высокой проницаемой пористости и более низкой способности связывать хлориды. Что касается раствора, активированного карбонатом натрия, модифицированного CLDH (M-NC-1-180d), хотя он имеет более низкую проницаемую пористость, чем M-NS-0-180d, его более высокая способность связывать свободный хлорид (по сравнению с M-NS- 0-180d) может быть причиной того, что для этих двух образцов наблюдались схожие коэффициенты хлоридов через 180 дней отверждения.Между этими двумя факторами, хлорсвязывающей способностью и проницаемой пористостью связующих, кажется, что последний может быть доминирующим фактором, который контролирует коэффициент миграции хлоридов при испытанных в настоящее время методах. Тем не менее, метод NordTest NT 492 включает условия нестабильного состояния и короткую продолжительность теста (до 48 часов), в то время как способность связывания хлоридов измерялась после 2 месяцев реакции при равновесии. Поэтому эффект связывания хлоридов можно недооценить в таком ускоренном методе испытаний.

Выводы

Шлаковая паста, активированная карбонатом натрия, имеет более низкую способность связывать хлориды, чем шлаковая паста, активированная силикатом натрия. Однако включение 5 мас.% CLDH в шлак, активированный карбонатом натрия, приводит к увеличению связывающей способности хлоридов до 120%, что приводит к более высокой связывающей способности, чем у шлаковых паст, активированных силикатом натрия, при тех же условиях испытаний.

Образцы, активированные карбонатом натрия, имеют более высокую общую проникающую пористость (по MIP), более низкую прочность на сжатие и более высокие коэффициенты миграции хлоридов по сравнению с активированными силикатом натрия шлаковыми материалами аналогичного возраста.Однако с введением 5 мас.% CLDH в шлаковый раствор, активированный карбонатом натрия, общая проникающая пористость образца была эффективно снижена, способствуя более тонкой структуре пор. Влияние CLDH на уплотнение микроструктуры, а также на увеличение способности связывания хлоридов шлакового цемента, активированного карбонатом натрия, приводит к более высокой прочности на сжатие и более низкому коэффициенту миграции хлоридов, значения которого почти сопоставимы со значениями силиката натрия. активированные шлаковые растворы, произведенные в аналогичных условиях активации.Из полученных здесь результатов очевидно, что добавление CLDH играет решающую роль в улучшении долговечности шлакового цемента, активированного карбонатом натрия.

Благодарности

Это исследование финансировалось Европейским исследовательским советом в рамках Седьмой рамочной программы Европейского союза (FP7 / 2007–2013) / Соглашения о гранте ERC № 335928 (GeopolyConc). XK благодарит Китайский стипендиальный совет (CSC) за спонсирование ее обучения в аспирантуре. Участие SAB в этом исследовании было частично профинансировано Исследовательским советом Великобритании по инженерным и физическим наукам через грант EP / M003272 / 1.Это исследование было частично выполнено на базе MIDAS в Университете Шеффилда, который был основан при поддержке Министерства энергетики и изменения климата Великобритании.

Ссылки

-4. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Сонг С, Сон Д., Дженнингс Х.М., Мейсон К. Гидратация щелочного измельченного гранулированного доменного шлака.J Mater Sci. 2000. 35 (1): 249–257. DOI: 10,1023 / А: 1004742027117. [CrossRef] [Google Scholar] 19. Ши К. Прочность, пористая структура и проницаемость шлаковых растворов, активированных щелочами. Cem Concr Res. 1996. 26 (12): 1789–1799. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (96) 00174-3. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Фернандес-Хименес А., Паломо Дж. Г., Пуэртас Ф. Шлаковые растворы, активируемые щелочами: поведение механической прочности. Cem Concr Res. 1999. 29 (8): 1313–1321. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (99) 00154-4. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Джин Ф., Аль-Таббаа А.Прочность и усадка при высыхании шлаковой пасты, активированной карбонатом натрия и химически активным MgO. Constr Build Mater. 2015; 81: 58–65. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2015.01.082. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Фернандес-Хименес А., Пуэртас Ф. Влияние смеси активаторов на гидратацию и прочностные характеристики шлаковых цементов, активированных щелочами. Adv Cem Res. 2003. 15: 129–136. DOI: 10.1680 / adcr.2003.15.3.129. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Туутти К. Коррозия стали в бетоне. Строительные материалы KTH, Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, CBI Forskning.1982; 82: 4. [Google Scholar] 24. Энн KY, Песня HW. Пороговый уровень хлоридов для коррозии стали в бетоне. Corros Sci. 2007. 49 (11): 4113–4133. DOI: 10.1016 / j.corsci.2007.05.007. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Юань К., Ши К., Де Шуттер Дж., Оденаерт К., Дэн Д. Хлоридное связывание материалов на основе цемента, подвергшихся воздействию внешней хлоридной среды – обзор. Constr Build Mater. 2009. 23 (1): 1–13. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2008.02.004. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Андраде С., Прието М., Таннер П., Таварес Ф., д’Андреа Р.Испытания и моделирование проникновения хлоридов в бетон. Constr Build Mater. 2013; 39: 9–18. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2012.08.012. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Ismail I, Bernal SA, Provis JL, San Nicolas R, Brice DG, Kilcullen AR, Hamdan S, van Deventer JSJ. Влияние летучей золы на водопроницаемость и хлоропроницаемость щелочно-активированных шлаковых растворов и бетонов. Constr Build Mater. 2013; 48: 1187–1201. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2013.07.106. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Флореа МВА, Брауэрс HJH.Моделирование хлоридного связывания, связанного с продуктами гидратации в шлаковых цементах. Constr Build Mater. 2014; 64: 421–430. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2014.04.038. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Дхир РК, Эль-Мор МАК, Дайер Т.Д. Хлоридное связующее в бетоне ГГБС. Cem Concr Res. 1996. 26 (12): 1767–1773. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (96) 00180-9. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Томас МДА, Хутон Р.Д., Скотт А., Зибара Х. Влияние дополнительных вяжущих материалов на связывание хлоридов в затвердевшем цементном тесте.Cem Concr Res. 2012; 42 (1): 1–7. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2011.01.001. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Trefalt G, Behrens SH, Borkovec M. Регулирование заряда в двойном электрическом слое: адсорбция ионов и поверхностные взаимодействия. Ленгмюра. 2016; 32 (2): 380–400. DOI: 10.1021 / acs.langmuir.5b03611. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Моримото К., Анраку С., Хосино Дж., Йонеда Т., Сато Т. Поверхностные реакции комплексообразования неорганических анионов на гидроталькитоподобных соединениях. J Colloid Interface Sci. 2012. 384 (1): 99–104.DOI: 10.1016 / j.jcis.2012.06.072. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Lv L, He J, Wei M, Evans DG, Duan X. Поглощение хлорид-иона из водного раствора кальцинированными слоистыми двойными гидроксидами: равновесные и кинетические исследования. Water Res. 2006. 40 (4): 735–743. DOI: 10.1016 / j.watres.2005.11.043. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Мията С. Анионообменные свойства гидротальцитоподобных соединений. Clays Clay Miner. 1983. 31 (4): 305–311. DOI: 10.1346 / CCMN.1983.0310409. [CrossRef] [Google Scholar] 35.Дуан П., Чен В., Ма Дж, Шуй З. Влияние слоистых двойных гидроксидов на микроструктуру и сопротивление карбонизации сульфоалюминатного цементного бетона. Constr Build Mater. 2013; 48: 601–609. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2013.07.049. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Ян З., Фишер Х., Полдер Р. Лабораторные исследования влияния двух типов модифицированных гидроталькитов на проникновение хлоридов в цементный раствор. Cem Concr Compos. 2015; 58: 105–113. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2014.12.016. [CrossRef] [Google Scholar] 37.Юн С., Мун Дж., Бэ С., Дуан Икс, Джаннелис EP, Монтейро ПМ. Адсорбция хлоридов кальцинированными слоистыми двойными гидроксидами в затвердевшем портландцементном тесте. Mater Chem Phys. 2014. 145 (3): 376–386. DOI: 10.1016 / j.matchemphys.2014.02.026. [CrossRef] [Google Scholar] 38. Каяли О., Хан МСХ, Шарфуддин Ахмед М. Роль гидроталькита в связывании хлоридов и защите от коррозии в бетонах с измельченным гранулированным доменным шлаком. Cem Concr Compos. 2012; 34 (8): 936–945. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2012.04.009.[CrossRef] [Google Scholar] 39. Ke X, Bernal SA, Provis JL. Поглощение хлорида и карбоната слоистыми двойными гидроксидами Mg – Al и Ca – Al в модельных поровых растворах шлакового цемента, активированного щелочами. Cem Concr Res. 2017; 100: 1–13. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2017.05.015. [CrossRef] [Google Scholar] 40. RILEM TC 178-TMC Рекомендации RILEM TC 178-TMC: «Тестирование и моделирование проникновения хлоридов в бетон, анализ содержания водорастворимых хлоридов в бетоне. Mater Struct. 2002. 35 (9): 586–588. DOI: 10.1617/13841. [CrossRef] [Google Scholar] 41. Ма Х. Порозиметрия проникновения ртути в бетонную технологию: советы по измерению, получению и применению параметров структуры пор. J Porous Mater. 2014. 21 (2): 207–215. DOI: 10.1007 / s10934-013-9765-4. [CrossRef] [Google Scholar] 42. Метод NordTest NT BUILD 492. Ремонтные материалы на основе бетона, раствора и цемента: коэффициент миграции хлоридов из экспериментов по миграции в нестационарном состоянии. Эспоо: NordTest; 1999. [Google Scholar] 43. Майерс Р.Дж., Лотенбах Б., Бернал С.А., Провис Дж.Л.Термодинамическое моделирование шлаковых цементов, активированных щелочами. Appl Geochem. 2015; 61: 233–247. DOI: 10.1016 / j.apgeochem.2015.06.006. [CrossRef] [Google Scholar] 44. He F, Shi C, Yuan Q, Chen C, Zheng K. Колориметрические методы на основе AgNO

47. Ke X, Bernal SA, Provis JL (2017) Хлоридсвязывающая способность синтетических гелей C– (A) –S – H типа в щелочно-активированных растворах, имитирующих поры.В: Материалы 1-й международной конференции по строительным материалам для устойчивого будущего, Задар, Хорватия

Как устранить проблемы с качеством резки – слишком много окалины (шлака)

Многие производственные предприятия тратят много времени и денег на шлифовку, вырубку и шлифовку деталей, вырезанных на плазменном станке для удаления окалины. При таком большом количестве переменных в уравнении качества резки, как оператор плазменного резака начинает устранять проблему окалины? Контролируя критические параметры процесса, оператор может минимизировать или исключить образование окалины и связанных с этим затрат на вторичные операции.

Окалина – это повторно затвердевший окисленный расплавленный металл, который не полностью выталкивается из пропила во время резки. Это наиболее распространенная проблема качества резки при плазменной резке. Окалина может образовываться в виде толстого пузырькового скопления вдоль нижнего края пластины (низкоскоростной окалина), небольшого твердого шарика неразрезанного материала (высокоскоростная окалина) или легкого налета вдоль верхней поверхности пластины (верхние брызги).

Образование окалины зависит от многих переменных процесса, включая скорость перемещения резака, расстояние зазора, силу тока, напряжение и состояние расходных деталей.На него также влияют переменные материала, такие как толщина и тип материала, марка, химический состав, состояние поверхности, плоскостность и даже температурные изменения материала во время резки. Однако тремя наиболее важными переменными, которые следует учитывать при образовании окалины, являются скорость резания, сила тока и расстояние зазора.

Окалина низкоскоростная

Если скорость резки слишком низкая, плазменная струя начинает искать материал для резки. Столб дуги увеличивается в диаметре, расширяя пропил до точки, где высокоскоростная часть плазменной струи больше не выбрасывает расплавленный материал из разреза.В результате этот расплавленный материал начинает накапливаться по нижнему краю пластины в виде толстых шаров. Это называется низкоскоростной окалиной. На очень низких скоростях дуга гаснет, потому что металла недостаточно для поддержания перенесенной дуги. Увеличение силы тока или уменьшение зазора (при сохранении постоянной толщины материала и скорости) оказывают на резку такое же влияние, как и снижение скорости резания. Оба эти изменения приводят к тому, что больше энергии плазменной струи контактирует с заданной областью материала за заданный период времени.Чрезмерная сила тока или низкий зазор также могут вызвать образование окалины на низкой скорости. (Некоторое количество окалины на низкой скорости в углах плазменной резки является нормальным, поскольку скорость не остается постоянной при резком повороте).

Для устранения низкоскоростного окалины:

• Увеличьте скорость резки с шагом 5 дюймов в минуту
• Увеличьте зазор с шагом 1/16 или 5 вольт
• Уменьшите силу тока с шагом 10 ампер
• Если ни одна из этих мер не улучшит качество резки, выберите сопло меньшего размера.

Высокоскоростной шлак

Если скорость резания слишком высокая, дуга начинает отставать в пропиле, оставляя небольшой твердый валик неразрезанного материала или окалины на дне листа.Эта высокоскоростная окалина более стойкая и обычно требует обширной механической обработки для удаления. На чрезвычайно высоких скоростях дуга становится нестабильной и начинает колебаться вверх и вниз в пропиле, вызывая петушиный хвост искр и расплавленного материала. На этих скоростях дуга может не проникнуть в металл или погаснуть.

Большой зазор или низкая сила тока (для данной толщины материала и скорости резания) также могут вызвать образование окалины при высокой скорости, поскольку оба эти изменения вызывают снижение энергии плазменной струи.

Для удаления окалины на высоких скоростях:

• Сначала проверьте сопло на наличие признаков износа (зазубрины, увеличенный размер или эллиптическое отверстие)
• Уменьшение скорости резки с шагом 5 дюймов в минуту
• Уменьшайте зазор с шагом 1/16 или 5 вольт
• Увеличьте силу тока (но не превышайте 95% номинального значения отверстия сопла)

Окалина с разбрызгиванием сверху

Верхние брызги – это скопление повторно затвердевшего металла, которое разбрызгивается по верху отрезанной детали.Обычно его очень легко удалить. Обычно причиной является изношенное сопло, чрезмерная скорость резания или большой зазор. Это вызвано закрученным потоком плазменной струи, которая под определенным углом атаки выбрасывает расплавленный материал перед пропилом, а не вниз через него.

Для удаления окалины, разбрызгиваемой сверху:

• Проверить форсунку на признаки износа
• Уменьшение скорости резки с шагом 5 дюймов в минуту
• Уменьшите зазор с шагом 1/16 или 5 вольт

Как скорость резки влияет на качество резки

Окно без окалины

Между крайними значениями высокоскоростного и низкоскоростного окалины находится промежуток времени без окалины или минимального резания окалины.Обнаружение этого окна – ключ к минимизации вторичных требований к операциям плазменной резки.

Окно меняется в зависимости от используемого плазменного газа: например, газы азотной и воздушной плазмы имеют относительно узкое окно без окалины на углеродистой стали, в то время как кислородная плазма имеет более широкое окно без окалины. (Кислородный плазменный газ реагирует с углеродистой сталью, образуя более мелкую струю расплавленного металла, каждая капля имеет более низкое поверхностное натяжение. Эта расплавленная струя легче выбрасывается из пропила).

На окно, свободное от окалины, также влияет тип материала.Например, холоднокатаная сталь режется чище, чем горячекатаная, а травленая сталь режется чище, чем не травленая.

Чтобы определить оптимальную скорость резания:

• Метод 1: сделайте серию пробных разрезов на различных скоростях резания и выберите скорость, которая обеспечивает наиболее чистый рез. Линии запаздывания (небольшие выступы на поверхности реза) являются хорошим показателем скорости резания. Низкие скорости резания создают вертикальные линии запаздывания, перпендикулярные плоскости листа.При высоких скоростях резания образуются наклонные s-образные линии отставания, которые проходят параллельно пластине по нижнему краю. Изучая линии задержки, оператор может определить, требуется ли увеличение или уменьшение скорости, чтобы найти окно, свободное от окалины. Многие операторы имеют тенденцию замедлять работу машины при первом появлении окалины, но часто необходимо увеличение скорости.
• Метод 2: наблюдайте за дугой (через соответствующую сварочную линзу) во время резки и динамически изменяйте скорость для получения оптимальных характеристик дуги.Для этого обратите внимание на угол дуги, когда она выходит из нижней части заготовки. Если вы выполняете резку воздушно-плазменным газом, дуга должна быть вертикальной, поскольку она выходит из нижней части разреза. С азотом или аргоном / водородом лучше всего подходит небольшая ведомая дуга, а для кислородно-плазменного газа лучшая скорость резки – это та, которая дает небольшую ведомую дугу.

Гранулированный доменный шлак: его химический состав и использование с химическими добавками | Ресурс

Введение

Измельченный гранулированный доменный шлак (GGBFS), иногда называемый просто «шлаком», представляет собой стекловидный гранулированный материал, образующийся при быстром охлаждении расплавленного доменного шлака, например, при погружении в воду.Это неметаллический продукт, состоящий из силикатов и алюмосиликатов кальция и других оснований, вырабатываемый в расплавленном состоянии одновременно с железом в доменной печи. Он используется в качестве вяжущего материала в портландцементном бетоне. GGBFS был впервые использован в производстве известкового раствора еще в 1700-х годах. В Германии он перемалывается с портландцементом с 1892 года, а в других частях мира его добавляют в бетон как отдельный компонент с начала 1950-х годов. Хотя часть произведенного GGBFS используется для стабилизации хвостов шахт и промышленных отходов, остальная часть используется в бетоне на портландцементе.

Есть два основных преимущества добавления GGBFS в бетон в качестве отдельного материала, а не его измельчения в цементе:

1. Каждый материал можно измельчить до оптимальной степени измельчения
2. Пропорции можно изменить в соответствии с потребностями конкретного проекта.

Соответствующие документы

Документами, определяющими или описывающими химические и физические свойства GGBFS, являются:

• ASTM C989, «Стандартные технические условия на измельченный гранулированный доменный шлак для использования в бетоне и строительных растворах»
• ASTM C595, «Стандартные спецификации для смешанных гидравлических цементов»
• CSA A3001, «Вяжущие материалы для бетона»
• ACI 233, «Шлаковый цемент в бетоне и строительном растворе»

Классификация

Согласно ASTM C989, GGBFS подразделяется на три класса в соответствии с его характеристиками в «испытании активности шлака».Этими тремя классами являются: сорт 80, сорт 100 и сорт 120. Активность шлака определяется по следующей формуле:

Индекс активности шлака,% (SP / P) 100

Где:

• SP = средняя прочность на сжатие кубов шлакового цементного раствора при заданном возрасте, МПа (фунт / кв. Дюйм)
• P = средняя прочность на сжатие эталонных кубиков цементного раствора при заданном возрасте, МПа (фунт / кв. Дюйм).

В таблице 1 показаны требования ASTM C989 для каждого сорта измельченного доменного шлака, гранулированного.

Таблица 1: Требования к индексу активности шлака ASTM C989

Сравнение портландцемента, GGBFS и летучей золы

В таблице 2 сравнивается состав типичного измельченного гранулированного доменного шлака с составом типичного портландцемента типа I, типичной летучей золы класса C и типичной летучей золы класса F.Вы заметите, что GGBFS и две летучей золы имеют те же виды оксидов, что и цемент, а это означает, что когда GGBFS или летучая зола добавляются в бетон, в систему вводятся материалы, похожие на портландцемент.

Таблица 2: Требования к индексу активности шлака ASTM C989

Как и портландцемент, большая часть оксида кальция (CaO), содержащегося в GGBFS, связана в виде силиката кальция, алюмината кальция и алюмосиликата кальция.Хотя эти соединения не идентичны соединениям, содержащимся в портландцементе (например, трикальцийсиликат, трикальцийалюминат и т. Д.), Они гидратируются при активации гидроксидом кальция (известью), который является одним из побочных продуктов гидратации портландцемента. Поскольку GGBFS почти на 100% стеклообразный, он обычно более реактивен, чем большая часть летучей золы. Сообщается о замене цемента GGBFS на 65%.

Как и портландцемент, GGBFS необходимо тонко измельчить, прежде чем его можно будет использовать в бетоне.Если GGBFS измельчается сам по себе, его можно механически смешать с цементом на цементной мельнице для получения шлакобетона ASTM C595, тип IS, портландцемент доменного шлака, или его можно добавить на бетонном заводе для получения шлакобетона. Ингредиенты, пропорции и физические требования цемента типа IS перечислены в ASTM C595, «Стандартные технические условия на смешанные гидравлические цементы».

Химические добавки и измельченный доменный гранулированный шлак

Поскольку большинство химических добавок хорошо работают с обычными смесями портландцемента, а также с портландцементом и бетоном с зольной пылью, неудивительно, что они обеспечивают аналогичные характеристики при использовании в шлакобетоне.

Так как углерода в GGBFS мало или вообще нет, бетон, содержащий его, обычно хорошо реагирует на воздухововлечение. Однако, если GGBFS измельчается слишком мелко, могут потребоваться дополнительные количества воздухововлекающего агента для достижения указанного содержания воздуха.